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DE2721001A1 - Festkoerper oszillator - Google Patents

Festkoerper oszillator

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Publication number
DE2721001A1
DE2721001A1 DE19772721001 DE2721001A DE2721001A1 DE 2721001 A1 DE2721001 A1 DE 2721001A1 DE 19772721001 DE19772721001 DE 19772721001 DE 2721001 A DE2721001 A DE 2721001A DE 2721001 A1 DE2721001 A1 DE 2721001A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tem
transmission line
oscillator
coupling
resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19772721001
Other languages
English (en)
Inventor
Richard Calvin Havens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Motorola Inc filed Critical Motorola Inc
Publication of DE2721001A1 publication Critical patent/DE2721001A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B9/00Generation of oscillations using transit-time effects
    • H03B9/12Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices
    • H03B9/14Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance
    • H03B9/145Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance the frequency being determined by a cavity resonator, e.g. a hollow waveguide cavity or a coaxial cavity
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B9/00Generation of oscillations using transit-time effects
    • H03B9/12Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices
    • H03B9/14Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance
    • H03B9/143Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance using more than one solid state device
    • HELECTRICITY
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    • H03B7/00Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes
    • H03B7/02Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B7/06Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element being semiconductor device
    • H03B7/08Generation of oscillations using active element having a negative resistance between two of its electrodes with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element being semiconductor device being a tunnel diode

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

2721001 Dipl.-Phys. O.E. Weber ? ο-β Manch·« 71
Patentanwalt u Hofbrunn.traBe 47
T«Mon: (080)7916080
M 536
MOTOROLA., INC.
1303 East Algonquin Road Schaumburg, 111. 60196 USA
Festkörper-Oszillator
7098A7/10U
Die Erfindung betrifft Oszillatorschaltungen und bezieht sich insbesondere auf Festkörper-Mikrowellenoszillator, und zwar speziell auf solche Oszillatorschaltungen, welche Halbleitereinrichtungen mit negativer Impedanz verwendet. Ein Oszillator mit einer negativer Impedanz weist im wesentlichen eine Einrichtung mit einer negativen Impedanz auf, welche über einen Resonator, der auf eine gewünschte Frequenz abgestimmt ist, mit einer Last verbunden ist. Die Impedanz, welche durch den Hohlraum und die Last für die Einrichtung gebildet wird, ist die konjugiert komplexe Größe der Einrichtung mit negativer Impedanz. Typische Beispiele von Einrichtungen mit negativer Impedanz, wie sie zur Erzeugung von Mikrowellenschwingungen verwendet werden, sind der Transistor, die IMPATT-Diode, die GUNK-Effekt-Diode, die Tunnel-Diode und die LSA-Diode usw.. Diese Einrichtungen erfordern alle, möglicherweise mit der Ausnahme der Gunn-Effekt-Diode, daß Energie an die Eingangsklemmen synchron mit der HF-Spannung an der Diode zurückgeführt wird, um eine kontinuierliche Schwingung aufrecht zu erhalten. Unglücklicherweise können auch dann, wenn entsprechende Einrichtungen sehr sorgfältig auegebildet und konstruiert sind, andere Frequenzen als die gewünschte Frequenz erzeugt werden, wodurch eine Frequenzinstabilität hervorgerufen wird.
Bekannte Mikrowellenoszillatoren haben im allgemeinen einen geringen Wert Q, außerdem tritt ein Umspringen des Modus auf oder es treten Schwingungen bei anderen Frequenzen als einer gewünschten Frequenz auf. Weiterhin treten auch Energieverluste auf, und zwar deshalb, weil für die Einrichtung mit negativer Impedanz eine optimale Impedanzanpassung gewährleistet ist. Weiterhin ist es bei bekannten Mikrowellenoszillatoren im allgemeinen auch unmöglich, den Wert Q durch entsprechende Maßnahmen wesentlich anzuheben, ohne daß dadurch die Energieausbeute
709847/101 U
-JtL-
oder die optimale Lastanpassung beeinträchtigt werden. Im allgemeinen besteht bei bekannten Hikrowellenoszillatoren zwischen ciiesen drei Merkmalen eine Wechselwirkung und eine gegenseitige Dacht eilige Beeinträchtigung.
ji.in typischer bekannter Mikrowellenoszillator ist in der UL-latentschrift 3 628 Λ']Λ beschrieben. Ein weiterer Oszillator dieser Art ist in der US-Patentschrift 3 93"1 587 beschrieben. Diese beiden bekannten Einrichtungen verwenden einen wellenleiter als rcesonanzhohlraum zur Energiekonzentration oder zur Energiekombination. Der Wellenleiter bedingt jedoch eine verhältnismäßig große Abmessung. Außerdem muß bei der Anordnung gemäß der US-Patentschrift 3 931 587 die Energie mit Hilfe einer Mittelsonde abgeführt werden. Außerdem ist es schwierig, eine enge Kopplung zwischen den Übertragungsleitungen und dem Wellenleiter-Kesonanzhohlraum zu gewährleisten, so daß Transformatoren bzw. Übertrager verwendet werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, welcher zugleich einen besonders hohen und auf einen gewünschten Wert einstellbaren Wert Q aufweist, wobei zugleich eine optimale Lastimpedanz in ninblick auf eine besonders günstige Energieausbeute und auch eine Sicheivheit gegen Umspringen des Modus gewährleistet sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.
leaüii einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfin-(iungsgegenstynaes ist vorgesehen, daß eine TEM-itesonanzÜbertragungslei tung vorgesehen ist, welche eine Einrichtung aufweist, um die rli:-Energie davon abzuführen, und daß weiterhin eine kopplungseinrichtung vorgesehen ist, um Energie mit einer gewünschten Lchwingungsfrequenz von der TEM-übertragungsleitung an die TEh-nesonanzübertragungsleitung anzukoppeln,
1 0 9 8 4 7 / 1 0 1 .'.
wobei der Wert Q des Oszillators durch das Kopplungsmaß bzw. den Kopplungsgrad festgelegt wird.
Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß der Wert von Q des Oszillators durch den Kopplungegrad festgelegt werden kann, welcher zwischen einer TEM-übertragungsleitung und einer TEM-fiesonanzübertragungsleitung bestellt.
Weiterhin erweist sich die erfindungsgeoiäße Anordnung dadurch als sehr vorteilhaft, daß Energie von einer Mehrzahl von TEfi-bbertragungsleitungen vereinigt und leicht von einer einzigen TEM-Resonanzübertragungsleitung abgeführt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
iig. 1 einen Querschnitt durch einen iestkörper-Mikrowellen-Ofzillstor gemäß der Erfindung,
Jig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in der Fig. 1,
iig. 3 eine ähnliche Darstellung wie in der .big. 1, jedoch mit festerer Kopplung zwischen einzelnen Teilen,
fig. 4 eine ähnliche Darstellung wie in der iig. ?, jedoch von einer anderen Ausführungsform, wobei Teile weggelassen sind, und
fig. 5 (a) und (b) jeweils eine Ersatzschaltung eines Cszillo tors, welcher gemäß der Erfindung aufgebaut ist, bzw. eine Ersatzschaltung einer identischen Ibertragungsleitung.
709847/101 <,
in den Fig. ι unä 2 bezeichnet das Bezugszeichen "1O allgemein ein Gehäuse, welches eine erste langgestreckte Ausnehmung oder öffnung 11 aufweist, die sich von einem Ende des Gehäuses IO zu dessen anderem Ende erstreckt. Ein Stopfen 12 steht im Gewindeeingriff mit dem Gehäuse 10, und zwar in dem einen Ende der öffnung "Ί, um dieses eine Ende der öffnung 11 abzudichten. Lin langgestreckter Mittelleiter 13 ist mit einer Last abgeschlossen (beispielsweise mit einer angepaßten HF-Impedanz), welche mit 15 bezeichnet ist und an dem einen Ende angebracht ist, während eine Halbleitereinrichtung 16 mit einer negativen Impedanz elektrisch und mechanisch mit dem anderen Ende verbunden ist. Der Leiter 13 ist innerhalb der öffnung 11 angeordnet, wobei die Halbleitereinrichtung 16 mit der negativen Impedanz elektrisch und mechanisch mit dem Stopfen 12 verbunden ist und die HF-Lastimpedanz 15 das gegenüberliegende Ende des Mittelleiters 13 in der geeigneten Position hält. Das Ende des langgestreckten Mittelleiters 13* an welchem die HF-Lastimpedanz 15 angebracht ist, ist von der Außenseite des Gehäuses 10 zugänglich, so daß eine Gleichvorspannung daran angelegt werden kann, um den Oszillator mit Energie zu versorgen. Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes hat die öffnung 11 einen allgemein kreisförmigen Querschnitt, und der Mittelleiter 13 hat ebenfalls einen allgemein kreisförmigen Querschnitt, so daß diese beiden Teile in der Weise zusammenwirken, daß sie eine TEM-Übertragungsleitung bilden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine beliebige TEM-Übertragungsleitung, beispielsweise eine Koaxial-Übertragungsleitung oder dergleichen verwendet werden könnte. Die TEM-übertragungsleitung wird an dem einen Ende durch eine Halbleitereinrichtung mit einer negativen Impedanz abgeschlossen, welche in der dargestellten Ausführungsform als eine Diode mit negativem Widerstand dargestellt ist. Es ist Jedoch zu bemerken, daß die Halbleitereinrichtung mit der negativen Impedanz eine beliebige Halbleitereinrichtung wie ein Transistor, eine Gunn-Diode, eine IMPATT-Diode, eine LSA-Diode oder
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eine beliebige Kombination aus den obigen Bauteilen sein könnte, welche die erforderliche negative Impedanz aufweist, um die Schwingungen zu unterhalten.
Ein zweiter langgestreckter Hohlraum 20 ist in dem Gehäuse 10 festgelegt, und zwar im wesentlichen parallel zu und auf Abstand von dem ersten Hohlraum 11. Der zweite Hohlraum 20 ist mit einem festen Mittelleiter 21 ausgestattet, der sich entlang der Längsausdehnung des Hohlraumes erstreckt, und zwar im allgemeinen koaxial zu dem Hohlraum 20. Der Hohlraum 20 und der Mittelleiter 21 bilden eine TEM-Kesonanzübertragungsleitung (koaxial), welche bei der oder in der Nähe von der gewünschten Kchwingungsfrequenz des Oszillators in Resonanz ist. Die vorliegende Ausführung des Mittelleiters 21 ist eine halbe Wellenlänge lang, es ist jedoch zu bemerken, daß die Resonanz-TEM-Übertragungsleitung eine Länge aufweisen kann, die einem ganzen Vielfachen einer Viertel Wellenlänge entspricht oder auch eine andere gewünschte Länge haben könnte, welche dazu geeignet ist, den Hohlraum bei der gewünschten Frequenz in Resonanz zu bringen. Es dürfte für den Fachmann ersichtlich sein, daß dazu, die TEM-Übertragungsleitung in Resonanz zu bringen, wenn sie einem ungeraden Vielfachen einer Viertel Wellenlänge entspricht, erforderlich ist, daß ein Ende offen sein muß und das andere Ende kurzgeschlossen sein muß, während dann, wenn die Länge einem ganzzahligen Vielfachen einer Viertel Wellenlänge entspricht, beide Enden entweder kurzgeschlossen oder offen sein müssen. Weiterhin ist zu bemerken, daß die TEM-Resonanzübertragungsleitung eine beliebige bekannte TEM-Übertragungsleitung wie eine Koaxialleitung oder dergleichen sein könnte. Eine öffnung wird durch das Gehäuse 10 in dem Hohlraum 20 gebildet, und eine Abstimmschraube 22 ist in diese öffnung eingeschraubt, und diese Abstimmschraube hat einen Saphirstab, der sich von deren innerem Ende in den Hohlraum 20 erstreckt, um eine Frequenzabstimmung des Resonators herbeizuführen. Diese Abstimmeinrichtung kann eine beliebige
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bekannte Einrichtung sein, d. h. sie kann aus Metall usw. bestehen. Eine zweite öffnung ist in dem Gehäuse 10 gebildet, welche in den Hohlraum 20 mündet, und eine Koaxialsonde, welche als angekoppelter Energieausgangsstopfen 23 ausgebildet ist, ist darin eingeschraubt, obwohl diese Ausgangskopplung auch in anderer Form ausgebildet sein könnte und beispielsweise die Form von Schleifen usw. haben könnte. Somit wird die Energie aus dem Hohlraum 20 über den Stopfen 23 abgeführt.
Eine innere öffnung 30 ist in dem Gehäuse 10 zwischen dem ersten Hohlraum 11 und dem zweiten Hohlraum 20 angeordnet. Die Öffnung 30 koppelt Energie mit der gewünschten Frequenz von der TEM-übertragungsleitung, der öffnung 11 und dem Mittelleiter 13 an die TEM-Resonanzübertragungsleitung, den Hohlraum 20 und den Mittelleiter 21. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die öffnung 30 eine Viertel Wellenlänge bei der geviünschten Oszillatorfrequenz lang. Diese Länge liefert eine maximale Kopplung. Eine geringere Kopplung wird erreicht, indem die Kopplungslänge entweder vergrößert oder verkleinert wird, v/obei bei einer halten Wellenlänge eine minimale Kopplung erreicht wird, während bei einer Länge von einer Dreiviertel Wellenlänge erneut eine maximale Kopplung erreicht wird usw.. Da der Hohlraum 20 eine TEM-S sonanzubertragungsleitung ist, kann eine viel festere Kopplung zwischen der TEM-Übertragungsleitung und der TEM-Kasonanzubertragungsleitung erreicht werden als es bei herkömmlichen Anordnungen der Fall war, welche einen Wellenleiter verwenden anstatt einer TEM-Resonanzübertragungsleitung. Dies bedeutet, daß Viertel Wellenlängen-Übertrager bei der TEM-Übertragungsleitung nicht benötigt werden, wie es nach dem Stand der Technik erforderlich war. Durch diese Verbesserung wird einerseits die Größe verringert, und es wird andererseits der Wirkungsgrad verbessert. Beliebige andere Frequenzen wandern entlang der TEM-Übertragungsleitung und
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werden in der HF-Last 15 verbraucht. Somit werden Schwingungen mit anderen Frequenzen als der gewünschten Frequenz vermieden. Es wird auch der übergang in einen anderen Schwingungsmodus vermieden. Da die TEM-Resonanzübertragungsleitung derart ausgebildet werden kann, daß sie für die Diode 16 eine sehr geringe Impedanz darstellt, wird fast die gesamte zur Verfügung stehende Leistung mit der gewünschten Frequenz an die TEM-Resonanzübertragungsleitung angekoppelt, und die Ausgangssonde 23 wird einfach auf eine maximale Ausgangsenergie eingestellt. Es ist zu bemerken, daß das gesamte Gehäuse 10 aus elektrisch leitendem Material hergestellt sein kann und/oder die inneren Oberflächen der Hohlräume und die öffnungen sowie der Mittelleiter mit einem guten elektrischen Leiter beschichte b sein können, um die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen.
Zusätzlich kann es wünschenswert sein, eine geringe Länge einer Übertragungsleitung zwischen der Diode und dem Anfang des Kopplungsbereiches 30 zu addieren oder zu subtrahieren, um die Reaktanz der Diode zu kompensieren, so daß an diesem Punkt ein rein negativer Widerstand gebildet wird. Die geringe negative oder positive Länge der Übertragungsleitung wird so verwendet, daß der Oszillator bei der Resonanzfrequenz des TEM-Resonators arbeitet. Dies ist zweckmäßig, damit die Konduktanz (der Leitwert) der Last sich nicht so schnell mit der Frequenz ändert. Mit anderen Worten, unter diesen Bedingungen wird die mechanische Abstimmbandbreite erhöht, und es werden sowohl die Frequenz- als auch die Energieveränderungen aufgrund von Diodenstörungen infolge der Temperatur usw. vermindert.
Die koaxiale Übertragungsleitung hat eine charakteristische Impedanz für einen geraden Modus ebenso wie für einen ungeraden Modus. Im Idealfall wird die Impedanz des geradzahligen Modus
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so eingestellt, daß sie im Hinblick darauf optimal ist, daß Schwingungen unterdrückt werden, die außerhalb des Bandes liegen, und daß die Verluste in der HF-Abschlußeinrichtungen auf ein Minimum gebracht werden. Dadurch wird der Übergang in einen anderen Modus oder das Auftreten von Schwingungen mit anderen als den erwünschten Frequenzen vermieden, wie es oben bereits zum Ausdruck kam. Die Impedanz eines ungeraden Mudus wird so eingestellt, daß die Kopplung erreicht wird, Vielehe für den gewünschten Wert Q des Oszillators angestrebt wird. Die Kopplung wird vermindert, um den Wert Q des Oszillators zu erhöhen und umgekehrt. Die Kopplung zwischen der TEM-Übertragungsleitung und der TEM-Resonanzübertragungsleitung wird durch die Größe und die Form der öffnung 30 ebenso wie bei der vorliegenden Ausführungsform durch den Abstand zwischen dem TEM-Übertragungsleitungs-Mittelleiter und dem TEM-Resonanzübertragungsleitungs-Mittelleiter festgelegt. Der Oszillator kann mit einer vorgegebenen Kopplung zwischen der TEM-Übertragungsleitung und der TEM-Resonanzübertragungsleitung ausgelegt werden, um den gewünschten Wert Q festzulegen, oder die Kopplung kann durch Versuche ermittelt werden, bis der gewünschte Wert Q erreicht ist. Da die Schaltung von der Halbleitereinrichtung 16 mit der negativen Impedanz aus einem herkömmlichen Bandunterdrückungsfilter entspricht, mit der Ausnahme, daß der Resonator eine zusätzliche Ausgangskopplungsöffnung 23 aufweist und eine Vorspannung durch die HF-Verlustlast eingeführt wird, läßt sich die moderne Piltertheorie verwenden, den Wert Q des Oszillators zu bestimmen oder zu synthetisieren.
Gemäß Fig. 3 wird eine Ausführungsform des Oszillators mit einer etwas festeren Kopplung zwischen den Übertragungsleitungen veranschaulicht, wodurch der Wert Q des Oszillators vermindert wird. In der Anordnung gemäß Fig. 3 sind ähnliche Teile mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, wobei ein "Apostroph" dazu dient, eine unterschiedliche Ausführungsform zu bezeichnen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die Kopplung dadurch vergrößert, daß ein Ansatz 35' auf dem Mittelleiter 13' der TEM-Übertragungsleitung verwendet wird, wobei der Ansatz 35' sich in die öffnung 30 hinein erstreckt. Ein ähnlicher Ansatz 36' wird bei dem Mittelleiter 21' der TEM-Resonanzübertragungsleitung verwendet, wobei der Ansatz 36' sich von der gegenüberliegenden Seite in die öffnung 30' hinein erstreckt. Da die Ansätze 35' und 36' sich durch die öffnung 30' zueinander hin erstrecken, wird die Kopplung zwischen der TEM-Übertragungsleitung und der TEM-Resonanzübertragungsleitung verstärkt, und der Wert Q des Oszillators wird vermindert. Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß die Kopplung zwischen der TEM-Übertragungsleitung und der TEM-Resonanzübertragungsleitung so ausgelegt werden kann, daß sie einen in beliebiger Weise vorgebbaren Wert annimmt, so daß der Wert Q in gewünschter Weise eingestellt werden kann.
In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Festkörper-Oszillators veranschaulicht, wobei ähnliche Teile mit ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und ein "Doppelapostroph" verwendet wird, um eine unterschiedliche Ausführungsform zu bezeichnen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4- werden eine Mehrzahl von TEM-Ubertragungsleitungen durch eine Mehrzahl von Hohlräumen 11" gebildet, und es sind eine Mehrzahl von Mittelleitern 13" vorgesehen. Jede der TEM-Übertragungsleitungen ist mit einer zentral angeordneten TEM-Resonanzübertragungsleitung gekoppelt, einschließlich einem Hohlraum 20" und einem Mittelleiter 21", und zwar durch eine Kopplungseinrichtung, nämlich durch öffnungen 30". Die Energie wird von der Resonanzübertragungsleitung 20" bzw. 21" durch eine Ausgangskopplungsöffnung 23" abgeführt. Somit kann die TEM-Resonanzübertragungsleitung Energie von einer Mehrzahl von TEM-Übertragungsleitungen koppeln, von denen jede mit einer Einrichtung mit einer negativen Impedanz an einem Ende
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abgeschlossen ist und eine Verlustimpedanz am anderen Ende aufweist, wenn eine zusätzliche Energie benötigt wird.
Die Fig. 5 (a) veranschaulicht eine TEM-Übertragungsleitung in einem Ersatzschaltbild, und es ist aus der Fig. 5 (b) eine identische Übertragungsleitung mit einem Ersatzschaltbild veranschaulicht. Die Fig. 5 (b) veranschaulicht eine Schaltung, und zwar eine Ersatzschaltung, welche sehr zweckmäßig ist, welche sich jedoch nur schwer praktisch gerätetechnisch verwirklichen läßt. Hingegen veranschaulicht die Fig. 5 (a) eine Ersatzschaltung der erfindungsgemäßen Anordnung, welche in identischer Weise die Funktionen der Schaltung gemäß Fig. 5 (b) übernimmt, jedoch gemäß der Erfindung wesentlich leichter hergestellt werden kann. Die Gleichungen zum Entwurf der Schaltungen gemäß Fig. 5 sind folgende:
i/QL =
Vain
0O
'S.
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In den obigen Gleichungen sind die verwendeten Zeichen folgendermaßen definiert:
ζ = charakteristische Impedanz bzw. Wellenwiderstand ° des freien Raumes
O = unbelastetes Q des TEM-Resonators Q . = gewünschtes Q des Oszillators
|GjJ = absoluter Wert der negativen Lioden-Paralleläquivalenz-Leitfähigkeit
Gj- = TEM-tJbertragungsleitungs-HF-Abschluß η = Anzahl der miteinander zu kombinierenden Dioden
C, = Kapazität pro Längeneinheit der Leitung b
C b = Kapazität pro Längeneinheit zwischen der Leitung a und der Leitung b
C = Kapazität pro Längeneinheit der Leitung a a
ν = Lichtgeschwindigkeit im freien Raum
Y0 = charakteristische Admitanz einer Leitung a im ο ungeraden Modus
Y0 = charakteristische Admitanz einer Leitung b im ο ungeraden Modus
Y0 = charakteristische Admitanz einer Leitung a im e geraden Modus
Y0 = charakteristische Admitanz einer Leitung b im e geraden Modus
Gemäß der Erfindung wird ein Festkörper-Oszillator geschaffen, welcher eine oder mehrere TEM-Übertragungsleitungen verwendet, die jeweils mit einer Halbleitereinrichtung mit einer negativen Impedanz an einem Ende abgeschlossen sind und am anderen Ende eine Verlustimpedanz aufweisen, wobei an die Übertragungsleitungen eine TEM-Resonanzübertragungsleitung angekoppelt ist. Die TEM-Resonanzübertragungsleitung, welche durch die belastete TEM-Leitung etwas modifiziert ist, erscheint als die konjugiert
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komplexe Größe einer Halbleitereinrichtung mit einer negativen Impedanz, wobei auch mehrere Halbleitereinrichtungen verwendet werden können und der Wert Q des Oszillators hängt von der Kopplung zwischen der TEM-Übertragungsleitung oder den TEM-tibertragungsleitungen einerseits und der TEM-Resonanzübertragungsleitung andererseits ab. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung, daß der Wert Q eines Oszillators vergrößert und auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann, während zugleich die optimale Lastimpedanz für die negative Einrichtung beibehalten werden kann und ein Übergang in einen anderen Modus vermieden wird. Diese drei Merkmale nämlich ein hoher Wert Q, eine optimale Lastimpedanz für einen maximalen Energieausgang und eine Sicherheit gegen Umspringen des Modus lassen sich bei herkömmlichen Oszillatoren nicht in der gewünschten Weise gewährleisten.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    Λ. iestkörper-Oszillator mit einer TEM-Übertragungsleitung, mit einer Halbleitereinrichtung, welche eine negative Impedanz aufweist und welche an das eine Ende der TEM-Übertragungsleitung angeschlossen ist, um Schwingungen zu erzeugen, wobei weiterhin eine Verlustimpedanz an das andere Ende der TEM-Übertragungsleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine TEM-Resonanzübertragungsleitung (20 und 21) vorgesehen ist, welche eine Einrichtung (23) aufweist, um die HF-Energie davon abzuführen, und daß weiterhin eine Kopplungseinrichtung (30) vorgesehen ist, um Energie mit einer gewünschten Schwingungsfrequenz von der TEM-Ubertragungsleitung an die TEM-Resonanzübertragungsleitung anzukoppeln, wobei der Wert Q des Oszillators durch das Kopplungsmaß bzw. den Kopplungsgrad festgelegt wird.
  2. 2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der TEM-Resonanzübertragungsleitung einem ganzzahligen Vielfachen von etwa einer Viertel Wellenlänge bei der gewünschten Frequenz entspricht.
  3. 3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine öffnung (30) zwischen der TEM-Übertragungsleitung und der TEM-Resonanzübertragungsleitung aufweist, wobei die öffnung etwa einer Viertel Wellenlänge in ihrer Längsausdehnung bei der gewünschten Frequenz entspricht.
    709847/101.
    ORIGINAL INSPECTED
  4. 4. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der TEH-Übertragungsleitung einen Eingang für eine Gleichvorspannung aufweist, um den Oszillator
    zu erregen.
  5. 5. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von TEM-Lbertragungsleitungen (11" und 13") vorgesehen sind, daß weiterhin eine Mehrzahl von Halbleitereinrichtungen mit negativer Impedanz jeweils an das eine Ende von einer der TEM-Übertragungsleitungen angeschlossen sind, daß weiterhin eine Mehrzahl von Verlustimpedanzeinrichtungen jeweils an das andere Ende von einer der TEM-Übertragungsleitungen angeschlossen sind und daß die Kopplungseinrichtung Energie von jeder der TEM-Übertragungsleitungen an die TEM-Resonanzübertragungsleitung (20" und 2^") koppelt.
  6. 6. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kopplungseinrichtung ein kurzes Stück von der Halbleitereinrichtung mit negativer Impedanz entlang der TEM-Übertragungsleitung entfernt angeordnet ist, daß dieses kurze Stück derart dimensioniert ist, daß es dazu ausreicht, um im wesentlichen die Reaktanz der Halbleitereinrichtung zu kompensieren, so daß für die TEM-Resonanzübertragungsleitung im wesentlichen ein reiner negativer Widerstand vorhanden ist.
    709847/101V
DE19772721001 1976-05-11 1977-05-10 Festkoerper oszillator Withdrawn DE2721001A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/685,225 US4016507A (en) 1976-05-11 1976-05-11 Solid state microwave oscillator using coupled TEM transmission lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2721001A1 true DE2721001A1 (de) 1977-11-24

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ID=24751258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772721001 Withdrawn DE2721001A1 (de) 1976-05-11 1977-05-10 Festkoerper oszillator

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4016507A (de)
JP (1) JPS52137241A (de)
DE (1) DE2721001A1 (de)
FR (1) FR2351536A1 (de)

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